必威体育精装版有限单元法课件.ppt

第一章 绪论 计算机辅助工程（CAE）是一种迅速发展的信息技术，是实现重大工程和工业产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，是支持工程科学家进行创新研究和工程师进行创新设计的、最重要的工具和手段。 有限单元法 有限单元法（以下简称为有限元法）是在当今工程分析中获得最广泛应用的数值计算方法。 将一个表示结构或连续体的求解域离散为有限个简单单元的组合，并通过它们边界上的结点相互联结成为组合体，从而将一个连续的无限自由度的问题简化为离散的有限自由度问题。 有限单元法的发展历史 有限单元法的应用 有限元方法 轴承强度分析 钢板精轧机热轧制有限元分析 三维椭圆封头开孔补强 有限元常用软件 从20世纪70年代开始，基于有限元法在结构线性分析方面已经成熟，并被工程界广泛采用，一批由专业软件公司研制的大型通用商业软件（如NASTRAN，ASKA，SAP，ANSYS，MARC，ABAQUS，JIFEX等）公开发行和被应用。它包含众多的单元型式、材料模型及分析功能，并具有网格自动划分、结果分析和显示等先后处理功能。 ANSYS 简介 1970 年成立的美国ANSYS公司是世界CAE行业最著名的公司之一,长期以来一直致力于设计分析软件的开发、研制,其先进的技术及高质量的产品赢得了业界的广泛认可。 在我国,ANSYS用户也越来越多,三峡工程、二滩 电站、黄河下游特大型公路斜拉桥、国家大剧院、浦东国际机场等在结构设计时都采用了ANSYS作为分析工具。 ANSYS中国 http：/// ANSYS功能概览 结构分析 热分析 电磁分析 流体分析 (CFD) 耦合场分析 - 多物理场 用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为. 冲击、碰撞、快速成型等问题. ANSYS热分析概览 热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力. ANSYS功能: 相变 (熔化及凝固), 内热源 (例如电阻发热等) 三种热传递方式 (热传导、热对流、热辐射) 工件淬火3.06 min 时的温度分布 (NSHT3D) ANSYS电磁分析概览 磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等. 磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生. 磁场分析的类型: 静磁场分析 - 计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场. 交变磁场分析 - 计算由于交流电(AC)产生的磁场. 瞬态磁场分析- 计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场. 电场分析 用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等. 高频电磁场分析 用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析. ANSYS 流体分析 概览 流体分析 用于确定流体的流动及热行为. 流体分析分以下几类: CFD - ANSYS/FLOTRAN 提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等. 声学分析 - 考虑流体介质与周围固体的相互作用, 进行声波传递或水下结构的动力学分析等. 流体动力学耦合分析 - 在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元. ANSYS 耦合场分析概览 耦合场分析 考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。 温度分布 温度分布特征是：在布管区，管板的大部分厚度上温度接近流入或流出管板处换热器的管程流体温度，只在靠近壳程流体一侧很薄的区域温度接近壳程流体温度。 热应力分析 工况7 正常工况下应力强度分布云图 工况的产生： 设备正常运转时，为此种工况。此工况是壳程压力与温差应力强度共同作用的操作工况与管程压力单独作用是的工况进行加和。是管程、壳程、温差应力强度共同作用的结果。 弹性力学就是研究物体在外部因素作用下产生的应力、应变及其位移规律的一门学科。 理想弹性体：指符合下述四个假定的物体。 1）连续性假定。 2）完全弹性假定。 3）均匀性假定。 4）各向同性假定。 求解思路：弹性力学的基本方程是以偏微分方程组来表示的。在分析应力时，一般总是从构件的连续性出发，依据无限小单元的物理数学模型建立微分方程式，然后求得解答。工程实际中，构件的形状、受力状态、边界条件都比较复杂，无法求出解析解，只能用数值计算求近似解。 有限单元法一个简单的例子 对于单元1： 轴向力公式： 分析过程: 结构离散化, 确定位移模式, 位移模式：近似的表示单元位移分量随坐标变化的简单函数。 单元力学特性分析 (1)通过几何方程建立单元应变与节点位移关系式； （2）利用物理方程导出单元